Breaking News: Borlegierte Siliziumanoden verdreifachen die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien
|
Abstrakt
Die Stabilisierung der Festelektrolytgrenzfläche (SEI) bleibt eine zentrale Herausforderung für siliziumbasierte Lithium-Ionen-Batterieanoden. Die Legierung von Silizium mit Sekundärelementen wie Bor hat sich als vielversprechende Strategie zur Verbesserung der Zyklenlebensdauer von Siliziumanoden erwiesen, der zugrundeliegende Mechanismus ist jedoch noch unklar. Um diese Wissenslücke zu schließen, wird systematisch untersucht, wie sich die Borkonzentration auf die Batterieleistung auswirkt. Die Ergebnisse zeigen einen nahezu monotonen Anstieg der Zyklenlebensdauer mit steigendem Borgehalt, wobei borreiche Elektroden reines Silizium deutlich übertreffen. Zudem weisen Anoden aus Silizium-Bor-Legierungen eine fast dreimal längere Lebensdauer auf als reines Silizium. Durch eine detaillierte mechanistische Analyse werden alternative Einflussfaktoren systematisch ausgeschlossen. Es wird vermutet, dass die verbesserte Passivierung durch einen starken permanenten Dipol an der Nanopartikeloberfläche entsteht. Dieser Dipol, gebildet durch unterkoordiniertes und stark Lewis-saures Bor, erzeugt eine statische, ionendichte Schicht, die die elektrochemische Grenzfläche stabilisiert, die parasitäre Elektrolytzersetzung reduziert und die Langzeitstabilität verbessert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die elektrische Doppelschicht im Rahmen der SEI ein wichtiger Aspekt bei der Oberflächenpassivierung ist. Diese Erkenntnis eröffnet einen bislang wenig erforschten Parameterraum für die Optimierung von Siliziumanoden in Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation.
Referenz
https://doi.org/10.1002/aenm.202501074